一個典型的電池組充電平衡的管理系統(tǒng)，其工作方法是對連接好的串聯(lián)電池組充電的同時，檢測電池組中各個單體電池的端電壓，當(dāng)某單體電池的端電壓較高時，通過與該單體電池并聯(lián)的均衡電路對該電池進行充電分流，降低該單體電池的充電速度和端電壓上升速度，使各單體電池端電壓趨于均衡一致，以此避免因串聯(lián)電池組中各單體電池的充放電特性的差異影響電池組的壽命。由于在充電分流時與單體電池并聯(lián)的均衡電路消耗部分充電電能，均衡電路發(fā)熱，均衡電路的均衡能力受到限制。對于大容量、大功率電池，大電流充電時，均衡電路的均衡能力不能滿足實際需要。

　　在電池的壽命后期，電池內(nèi)部性能逐漸劣化，按原有的放電限流值和恒流充電值進行放電或充電，可能會發(fā)生過放、過充現(xiàn)象，導(dǎo)致電池內(nèi)阻等參數(shù)進一步惡化，充電和放電過程中電池會嚴(yán)重發(fā)熱，現(xiàn)有的BMS雖然可以監(jiān)測電池溫度異常升高時切斷外部充電或放電通路，但此時電池本身已經(jīng)處于不安全狀態(tài)，切斷通路不能阻止電池內(nèi)部異常的電化學(xué)反應(yīng)過程，電池繼續(xù)發(fā)熱甚至爆炸的危險依然存在。在電池溫度異常升高時，突然切斷放電通路，對于需要連續(xù)供電的設(shè)備，如電動汽車，可能造成設(shè)備運行的安全問題。

　　基于內(nèi)阻測量和狀態(tài)比較的電池管理系統(tǒng)

　　研究表明，隨電池充電-放電循環(huán)次數(shù)的增加，電池容量下降，電池的內(nèi)阻增加，電池內(nèi)部性能劣化直至最終徹底失效的過程是一個逐漸累積的過程，電池組中的不一致性會加速電池組進入不安全狀態(tài)。

　　本文提出了內(nèi)阻測量和狀態(tài)比較的電池管理系統(tǒng)，如圖所示，以單片機為控制核心，在存儲器中預(yù)先存儲各單體電池在不同端電壓下的內(nèi)阻初始值和誤差允許值、充電過程中各單體電池在不同端電壓區(qū)段的端電壓上升速率和誤差允許值、累計充電量預(yù)定值、充電電壓范圍、放電電壓范圍、充電截止電壓值、放電截止電壓值、電池溫度范圍、充電電流值和充電電流誤差允許值、放電電流保護值、均衡啟動電壓值、端電壓失衡值等參數(shù)。充電和放電過程中檢測充電和放電過程的各種參數(shù)，在每次充電過程前、充電過程中及充電結(jié)束后測量并記錄電池組中各單體電池的端電壓、端電壓上升速率、充電電流、充電量和電池內(nèi)阻，并與之前充電時測量和記錄的參數(shù)進行對比，分析電池組的充電量及各單體電池的內(nèi)阻、端電壓、端電壓上升速率的變化量，判斷電池內(nèi)部性能逐漸劣化的過程和程度，對電池的失效及可能出現(xiàn)的安全問題予以預(yù)警。對充電和放電過程實施控制，實現(xiàn)充電和放電終止電壓保護，溫度保護，過流保護的的同時，在充電過程中，通過對端電壓較低的單體電池進行補流均衡的方法，使串聯(lián)電池組中各單體電池端電壓一致，避免由于各單體電池狀態(tài)差異對電池組的壽命影響。

　　具有內(nèi)阻測量和狀態(tài)比較功能的電池管理系統(tǒng)示意圖

　　將系統(tǒng)用于10節(jié)20Ah串聯(lián)電池組測試，采用5A恒流充電，2A補流均衡，系統(tǒng)補流均衡效果十分明顯，沒有額外發(fā)熱量，還便于節(jié)能控制。

　　影響內(nèi)阻變化因素較多，特別是對電池組完整壽命周期內(nèi)的內(nèi)阻變化規(guī)律的研究，需要大量的實驗，有關(guān)實驗方案正在進行中，包括了動力電池組在模擬工況下放電的整個壽命過程的測試。

　　結(jié)論

　　在每次充電前、充電過程中和充電結(jié)束后檢測并記錄充電過程中電池充電量、端電壓、電流、內(nèi)阻、電池溫度、充電時間等參數(shù)，計算各參數(shù)的變化量和變化速率，并與預(yù)置的初始參數(shù)進行比較，準(zhǔn)確判斷電池充電性能的變化程度，對可能出現(xiàn)的電池安全問題進行預(yù)警，為充電電池的使用提供了高安全性保障。以電動汽車為例，即使出現(xiàn)電池安全預(yù)警，駕駛?cè)藛T有至少數(shù)天的富余時間來維修處理，而不必馬上強制斷開。

　　在充電過程中對端電壓較低的單體電池進行補流均衡充電，在減小各單體電池的狀態(tài)差異，提高電池組使用壽命的同時，避免了在充電均衡過程中均衡電路的發(fā)熱問題，從而大幅度提高了均衡能力，對大容量、大功率電池組的應(yīng)用具有顯著效果。

　　在充電過程中全面記錄每次充電過程中電池充電量、端電壓、電流、內(nèi)阻、電池溫度、充電時間等參數(shù)，從而記錄了充電電池整個壽命周期各項電參數(shù)的變化過程，為進行電池組失效原因分析提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。